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电子设计初学者需要哪些工具?

2017-11-7 09:05| 发布者: admin| 查看: 58| 评论: 0

摘要: 我是一名电气专业的大二学生,专攻的是弱电部分,也就是电子。过来人总会有许许多多的教训和经验,我将结合我在竞赛和实践相关的经历,与大家分享一点电子设计入门的经验,如有不妥,欢迎斧正。首先,虽然题主问的是 ...



我是一名电气专业的大二学生,专攻的是弱电部分,也就是电子。过来人总会有许许多多的教训和经验,我将结合我在竞赛和实践相关的经历,与大家分享一点电子设计入门的经验,如有不妥,欢迎斧正。

 

首先,虽然题主问的是工具,但显然你要问的不仅仅是工具本身,更重要的是工具背后所代表的那一门技术,例如学习quartus软件其实是为了学习可编程逻辑器件,学习altium designer其实是为了学习PCB电路设计。所以,我在介绍工具/软件的同时,会结合其背后技术的一起来回答。


其次,掌握工具的操作只是一个开始,后期的实践和经验积累才是核心。我们通常说一个人画板子很厉害,不是说他熟练掌握了altium软件的操作,而是说他有着丰富的画板子经验。经验和经历对于硬件工作者非常重要,学会软件后的经验积累才是分化的开始。

不多废话,分类别开始介绍:

【1】单片机设计:
对于电子类专业的学生,我的意见是尽早学习C语言和单片机。C语言是一种目前非常普遍的嵌入式语言,单片机则是一种微型CPU。通过单片机和C语言,你可以实现非常多的功能,具体单片机能做什么,网上的介绍非常多,你可以自行搜索下。

但有一点非常重要,单片机能大一学绝不大二学,能大一上学期学绝不大一下学期学。
单片机虽然简单,但是正是它的简单,让人有了学习的欲望,这恐怕是大学学习中最宝贵的东西。其次,单片机的应用可以说贯穿了整个电子类专业学生本科的始末,越早掌握单片机技术,你就会比别人拥有更多的机会,这一点我是有亲身经历的。电子终究是一门实践的技术,找到机会去实践才是不断进步的前提,学会单片机,你就可能比普通人更容易接触老师的项目,更容易参加学科竞赛,从而开始自己的积累,不断进步。

学生能接触到的主流单片机主要包括8位的51单片机、16位的MSP430单片机和32位的STM32单片机,其对应的主要集成开发环境(IDE)分别是KEIL、IAR和KEIL MDK。

当然,提前学习单片机往往是自学,是在本科教学的超前学习(或者说是本科实践教学的滞后),一个人从头学起难度会很大。我只告诉你这些软件的名字当然是没有用处的,下载了这些软件、买了单片机然后呢?没人教学起来可有的难度啊,很多人都是在这里结束了自己单片机生涯。

我的建议是:淘宝网上搜索“51单片机开发板”,然后自行选择一个百元以内的开发板,一定要注意询问店家是否赠送配套的教学视频,否则千万不要购买,这对于初学者和自学者非常重要。
单片机学习主要分三个层次:
第一个层次:完成单片机开发板的学习,理解单片机的工作,能看懂单片机程序;
第二个层次:能够照着照着芯片手册(datasheet)试着编写各类芯片的驱动程序;
第三个层次:掌握常见的低速通信协议(I2C、SPI等)和高速通信协议。

下图是通过单片机和ADXL345芯片实现三轴加速度的测算吗,其使用的是I2C协议,所以是第二个层次和第三个层次的初步:
最近在学长的推荐下,知道了这个世界上还有逻辑分析仪这等神器,特此推荐给大家,特别适合通信协议的初学者;
下面就是一个I2C时序的逻辑分析结果片段,十分清晰,一目了然:
后期推荐书籍:(不要太早看,主要是提高优化,不适合初学者)


【2】电路仿真、设计软件
如果说单片机是许多工科专业都会学习的内容,那么电路设计可就是我们的老本行了。通常,电子类的本科生会在大一、大二时期学习《电路》、《模电》、《数电》、《信号系统》等至关重要的专业课程,这些课程是电路设计的重要基础课程,也配备有相应的实验课程。设计一些简单的电路可以直接通过硬件连接观察效果,但是对于一些不是很简单的电路,我们可以先通过电路仿真软件来仿真试验结果,调试修改过后,在决定硬件链接方式。

本科生能够接触到的主流的仿真软件包括:Multisim,TINA,Saber。
Multisim和Saber是收费软件,TINA是免费软件。
初学者建议先学习Multisim,后期可上手TINA,虽然我没用过。哈哈哈!

下图是某电路在TINA软件中的频率特性仿真:


除了电路仿真软件,对于复杂的滤波电路还需要设计软件来完成。这里我介绍的是FilterPro




操作傻瓜,效果优秀,为数不多的好软件。这款TI出品的免费有源滤波器设计软件,绝对是压箱底的好工具,堪称完美,很适合全国电赛信号组的同学。


推荐书籍:

入门良心:
《OP放大电路设计》,日本人写的,出版社的同系列丛书都是很不错的


理论进阶:
基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计(第3版)[Design With Operational Amplifiers And Analog Integrated Cicuits]


【3】PCB电路设计软件
初学者进行电路焊接的时候,通常使用的是如下图的面包板,通过焊锡将芯片的引脚连接起来,但存在着容易虚焊、效果不稳定、复杂电路不易布局等明显缺点。


于是乎就有了像下图这样的PCB板:


线路不再是焊锡,通过机器精确生产,稳定性大幅提高,可复制性大幅提高;

常用软件:
Altium Designer 6.9 / 13
我的建议是,找个老司机带,即使是照着郭天祥视频学习,也是很难上手的;

而我用的是AD10。


4】可编程逻辑器件(虽然数电老师说不教)
可编程逻辑器件主要包括CPLD和FPGA,当前主要是两大厂家:
(1)Altera:intel旗下,主要生产中低端产品,学生接触的主要品牌,开发软件是Quartus II
(2)Xilinx:全球领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商,主要生产军工级和中高端产品,主要开发软件vivado;

学生初次接触的主要是Altera家的经典款CPLD:EPM570/240 T100C5,使用Quartus II开发
学习的话,建议搜索【特权同学】的相关视频;
更加厉害的同学,可以学习FPGA,可以搜索【黑金动力社区】,FPGA主要用于图像处理;

如果你走能到这一步,说明你已经不是菜鸟了,我也就不多做介绍了。


以上是比较常见的电子设计软件,学习了知识,想要实践的同学,建议参加
(1)全国大学生电子设计竞赛,很锻炼人的,比赛含金量比较高。
(2)飞思卡尔全国大学生智能车竞赛(现NXP杯)。
(3)大学生创新实践训练项目。

 

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